[发明专利]快速鲁棒的RGB-D室内三维场景重建方法

权利要求书

1.一种快速鲁棒的RGB-D室内三维场景重建方法，其特征在于，该方法包括：

采用RGB-D相机实时扫描室内场景获得RGB-D图像；

基于点线融合相机跟踪算法进行相机实时跟踪以估计RGB-D图像帧对应的相机姿态；

利用轨迹约减算法根据检测相机状态对各图像帧对应的所述相机姿态进行约减；

利用约减后得到的相机轨迹信息对RGB-D图像进行多尺度体数据融合，生成完整的场景三维模型；

其中，“基于点线融合相机跟踪算法进行相机实时跟踪”包括三个线程：

跟踪线程、局部构图线程、闭环检测线程；

所述跟踪线程，基于RGB-D相机采集到的彩色图像与深度图像序列，进行初始姿态估计、跟踪局部地图、关键帧的判断；其中，所述初始状态估计通过松耦合的方式联合特征点跟踪与边缘跟踪，通过最小化能量函数估计相机姿态，所述最小化能量函数为：

其中，ep是特征点的重投影误差，ee是边缘的几何距离误差，χ_C表示相邻帧的匹配集合，ρ_p和ρ_e是Huber函数，λ∈[0,1]是权重因子，B为相邻帧图像间的变换关系；

所述局部构图线程，用于对每个新的关键帧完成局部地图构建；

所述闭环检测线程，用于对局部地图构建过程中最后处理的关键帧进行闭环检测，并在确定闭环后进行闭环修正。

2.根据权利要求1所述的快速鲁棒的RGB-D室内三维场景重建方法，其特征在于，

特征点的重投影误差ep为：

ep＝X′-KBX

其中，X表示ORB特征点的三维坐标，X'表示匹配点的位置，K为相机内参矩阵，B为相邻帧图像间的变换关系；

边缘的几何距离误差ee为：

ee＝d(L',τ(K,B,L))

其中，L表示边缘上像素的坐标，L'表示匹配点的位置，d表示几何距离误差，τ(K,B,L)为边缘上像素的坐标L在相邻帧图像中对应的三维点坐标；

权重因子λ基于场景纹理的丰富程度进行分别取值：

其中，N表示每帧图像上提取的ORB特征数量，N_max和N_min是最大、最小阈值。

3.根据权利要求1所述的快速鲁棒的RGB-D室内三维场景重建方法，其特征在于，所述初始状态估计中，进行边缘匹配之前设置有像素点深度值修正步骤，包括：

将像素点深度值与预设深度区间进行对比，如果该数值不在所述预设深度区间，则采用EKF进行深度估计，得到新的深度值。

4.根据权利要求1所述的快速鲁棒的RGB-D室内三维场景重建方法，其特征在于，“通过检测相机状态对相机轨迹进行约减”，其方法为：

计算相邻帧之间相机运动的线速度；

如果线速度低于设定第一阈值则删除该帧位姿，否则计算该帧图像与闭环帧图像的相似度；

如果相似度低于设定第二阈值，则删除该帧位姿；

输出约减后的图像帧位姿。